自控课程设计.docx
《自控课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自控课程设计.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
自控课程设计
西安石油大学
课程设计
电子工程学院自动化专业自动化1005班
题目频域法校正
学生
指导老师
二○一二年十二月
目录
1．1任务书．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1．2设计思想及内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2．2编制的程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
2．21运用MATLAB编程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
2．22在SIMULINK中绘制状态图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3．1结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
4．1设计总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
5．1参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
《自动控制理论I》
《自动控制理论I》课程设计任务书
题目
频域法校正
学生姓名
学号
专业班级
设
计
内
容
与
要
求
一．设计内容：
已知单位负反馈系统的开环传递函数为 ：
试用Bode图设计法对系统进行滞后串联校正设计，使之满足：
（1）在单位斜坡信号r（t）=t作用下，系统的速度误差系数
;
（2）系统校正后剪切频率
；
（3）系统校正后相角稳定裕度
。
二．设计要求：
1.编程绘制原系统Bode图，并计算出原系统的幅值裕量及相角裕量；
2.编程设计校正方案（得到相应的控制器参数）；
3.编程绘制校正后系统Bode图，并计算出校正后系统的幅值裕量及相角裕量；
4.整理设计结果，提交设计报告。
起止时间
2012年12月24日至2012年12月31日
指导教师签名
年月日
系（教研室）主任签名
年月日
学生签名
2012年12月30日
1.2设计内容及思想：
1）设计内容：
已知单位负反馈系统的开环传递函数为 ：
试用Bode图设计法对系统进行滞后串联校正设计，使之满足：
（1）在单位斜坡信号r（t）=t作用下，系统的速度误差系数
;
（2）系统校正后剪切频率
；
（3）系统校正后相角稳定裕度
。
2.1编制的程序：
2.21运用MATLAB编程
1）校正前参数确定
由已知的单位反馈系统的开环传递G（s），
有如下的计算：
故有，G0（s）=
2）求取校正前的bode图matlab程序：
>>k=30;
n1=1;d1=conv（conv（[10],[0.11]）,[0.21]）;
G0=tf（k*n1,d1）;
figure
（1）;margin（GO）;holdon
figure
（2）;G=feedback（GO,1）;step（G）
得出校正前的系统bode图如图1所示及及单位阶跃响应曲线如图2所示。
图1未校正系统的波特图
图2未校正的系统的单位阶跃响应图
由图1可知校正前系统的频域性能指标。
幅值稳定裕度：
h=-6.02dB–π穿越频率：
=7.07rad/s
相角稳定裕度：
γ=-17.2°剪切频率
=9.77rad/s
2）求滞后校正装置的传函：
设滞后校正装置的传递函数
已知
=2.3rad/s已知，可以根据
来计算b,T的值。
具体编程步骤如下：
>>wc=2.3;
num=G0.num{1};den=G0.den{1};
na=polyval（num,j*wc）;
da=polyval（den,j*wc）;
g=na/da;g1=abs（g）;
h=20*log10（g1）;
b=10^（h/20）;
T=10/wc;
Gc=tf（[T1],[b*T1]）
Gc=
0.2857s+1
------------
6.26s+1
Continuous-timetransferfunction.
3）校正后程序：
sys=G0*Gc;
margin（sys）
figure
（2）;
sys=feedback（sys,1）;
step（sys）
程序运行后，可得到如图3所示校正后的系统的波特图，还有如图4校正后的系统的单位阶跃响应曲线。
由图3可知系统的频域性能指标。
图3校正后系统的波特图
图4校正后的系统的单位阶跃响应图
由图3可知校正后系统的各项频域性能指标：
幅值稳定裕度：
h=14.7dB–π穿越频率：
=6.84rad/s
相角稳定裕度：
γ=47°剪切频率
=23.1rad/s
3）MATLAB的完整编程:
实现用频域法对系统进行串联滞后校正设计的完整编程如下：
>>k=30;
n1=1;d1=conv（conv（[10],[0.11]）,[0.21]）;
G0=tf（k*n1,d1）;
figure
（1）;margin（G0）;holdon
figure
（2）;G=feedback（G0,1）;step（G）
>>wc=2.3;
num=G0.num{1};den=G0.den{1};
na=polyval（num,j*wc）;
da=polyval（den,j*wc）;
g=na/da;g1=abs（g）;
h=20*log10（g1）;
b=10^（h/20）;
T=10/wc;
Gc=tf（[T1],[b*T1]）
Gc=
4.348s+1
-----------
50.21s+1
Continuous-timetransferfunction.
>>sys=G0*Gc;
margin（sys）
figure
（2）;
sys=feedback（sys,1）;
step（sys）
2.22在SIMULINK中绘制状态图：
1）校正前：
SIMULINK中校正前仿真图
校正前的系统的单位阶跃响应图
2）校正后：
SIMULINK中校正后仿真图
校正后的单位阶跃响应图
3.1结论：
未校正前系统的各项频域性能指标：
幅值稳定裕度：
h=-6.02dB–π穿越频率：
=7.07rad/s
相角稳定裕度：
γ=-17.2°剪切频率
=9.77rad/s
校正后系统的各项频域性能指标：
幅值稳定裕度：
h=14.7dB–π穿越频率：
=6.84rad/s
相角稳定裕度：
γ=47°剪切频率
=23.1rad/s
校正后
=23.1rad/s与预期
=23rad/基本相等且校正后γ=47°>45°，故校正正确。
校正后
明显减小，相角稳定裕度γ增大，系统趋于稳定。
4.1设计总结：
（1）校正设计装置用期望值特性法，该方法从闭环系统性能与开环系统特性密切相关这一概念出发，根据规定的性能指标要求确定系统期望的开环特性形状，然后与系统原有开环特性相比较，从而确定校正方式，校正装置的形式和参数。
该设计方法一般仅适用最小相位系统。
（2）由频域法校正设计可知：
用频域法设计控制系统的实质是在系统中加入频率特性形状合适的校正装置，使开环系统频率特性形状变成所期望的形状：
低频段增益充分大，以保证稳态误差要求；中频段对数幅额特性频率特性斜率一般为-20dB/dec，并占据充分宽的频带，以保证具备适当的相角裕量；高频段增益尽快减小，以削弱噪声影响，若系统原有部分高频段已符合该种要求，则校正时可保证高频段形状不变，以简化校正装置的形式。
5.1参考文献：
薛朝妹，霍爱清，《自动控制理论》课程设计指导书，西安：
西安石油大学电子工程学院，2007年
瞿亮，基于的控制系统计算机仿真，北京：
清华大学出版社，2006年
升级会员 